用于风力涡轮机部件的冷却装置的制作方法

本发明属于用于冷却风力涡轮机部件的冷却系统。

背景技术

发热设备的不同零部件在风力涡轮机的运行期间同时工作。

其中一些诸如发电机、倍增器、变压器、液压单元、机舱等的零部件需要将它们温度保持在其运行范围内的冷却系统。

通常，热不能在产生热的部位排放，必须转移到另一个更方便的位置以便消散。所产生的热到排放部位的该输送是借助于由再循环泵、热交换器、管道、液压连接部、输送流体等组成的液压回路执行的。

例如，一些风力涡轮机中的倍增器借助于双液压回路冷却。来自倍增器的油循环通过主回路，其中油穿过油/水-乙二醇交换器。该交换器将热从油传递至水-乙二醇。水-乙二醇通过第二回路循环，第二回路循环由附加的泵驱动到另一个水-乙二醇/空气交换器，其中热通过马达风扇的作用传递到外部空气。

具有如此多部件的事实通过增加其发生故障的可能性而降低了组装可靠性。

另一方面，这些液压回路及其部件占据较大的体积，并且它们并不总是易于接近。

此外，必须循环第二流体以进行热传输导致在液压回路的各种连接部中泄漏的可能性。有时这些泄漏会导致严重的停机，这可能导致风力涡轮机停用若干天。

另外，这些系统的部件的电力消耗(其总和可达到数千瓦)降低了总能量产生并因此降低了风力涡轮机性能。

风力涡轮机的如机舱本身的其他部件通过引入预先过滤和除湿的外部空气来冷却，以防止腐蚀。为此，需要连接到过滤和除湿系统的一个或多个马达风扇的动作。

这些过滤系统在离岸位置、沙漠位置、具有大的空气传播颗粒的环境等位置中特别复杂。此外，过滤系统需要定期维护以更换过滤装置。

技术实现要素：

本发明的目的是一种用于排放由陆上、离岸或水下风力涡轮机的各种部件产生的热的装置。装置包括至少一个优选地从容器延伸的管状导管，主流体通过导管将热从待冷却的部件传递到与外部空气接触的排放部位。

所述导管在其中包含工作流体，工作流体选择为在运行期间从液相变为气相并且反之亦然，从而以被动方式将热从一个部位传递到另一个部位，而不需要额外的驱动泵。每个导管的第一下部插入容器中，所述下部用作为工作流体的蒸发器。每个导管的第二上部保持在容器外部，与外部空气接触，用作为工作流体的冷凝器。

例如，当冷却风力涡轮机的倍增器时，主回路将连接到本发明的装置对象的容器。油将与每个导管的用作为工作流体的蒸发器的第一下部接触，从而将热传递到每个导管的第二上部，每个导管的第一下部用作为冷凝器位于容器外部与外部空气接触。因此，来自油的热可以传递到外部空气，从而消除了油/水-乙二醇交换器和第二回路：驱动泵、水-乙二醇/空气交换器、马达风扇、连接部等。

所提出的解决方案通过消除组件并因此提高组装可靠性来简化冷却系统。

这种简化特别适用于离岸位置，在这些位置，无法始终确保可达性，并且在某些情况下必须安装冗余系统。

通过消除通常是笨重元件的泵和交换器，显著减少了冷却所需的空间。

另一方面，通过减少系统的不同部件之间的液压连接部，显著降低了其中泄漏的可能性，并因此显著降低了可能发生故障、昂贵的停机和长的机器停机时间。

最后，必须指出的是，从主流体到外部空气的热传递是借助于管道中包含的工作流体的相变来执行的，并且通过重力的作用来执行，而无需来自驱动泵的必需的外部电源。

本发明的装置目的可以应用于风力涡轮机的不同部件，为前面提到的那些不同部件增加了额外的优点。例如，当冷却上述机舱时，本发明的装置目的将允许消除过滤系统，这是因为过滤系统将机舱内部与外部空气完全隔离。在该解决方案中，装置的容器将是机舱本身，在其内部将插入每个导管的用作为工作流体的蒸发器的第一下部，从而将热从内部空气传递到位于机舱外部的每个导管的用作为冷凝器的第二上部。

在该解决方案中，如上所述，消除了过滤系统并因此消除了它们的维护。

本发明的冷却装置可以应用于陆上风力涡轮机，离岸风力涡轮机，以及水下风力涡轮机(利用水流在水下工作的淹没式风力涡轮机)。管道的冷凝器与陆上风力涡轮机和离岸风力涡轮机中的外部空气接触，而在水下风力涡轮机中，冷凝器与外部的水接触。

在一个可能的实施例中，冷却装置包括连接到待冷却的风力涡轮机的部件的容器，带有用于使主冷却剂流体再循环的再循环泵。在这种情况下，冷却装置优选地包括管道，主冷却剂流体通过管道从容器至待冷却的风力涡轮机的部件循环并且从待冷却的风力涡轮机的部件至容器循环。待冷却的风力涡轮机的部件可以是例如以下元件中的任何一个：

风力涡轮机的发电机。

风力涡轮机的倍增器。

在油冷式变压器的情况下风力涡轮机的变压器。

风力涡轮机功率转换器的控制电子设备。

等元件。

在另一个可能的实施例中，容器是待冷却的风力涡轮机的部件。在这种情况下，容器可以是例如以下任何一个待冷却的部件：

风力涡轮机的机舱。

风力涡轮机变压器的隔室。

风力涡轮机的液压单元的容器。

主流体循环通过的管道。

等部件。

在优选实施例中，每个导管的第二上部从风力涡轮机的机舱的顶部突出，冷却装置具有管口，管口负责容纳每个导管的上部并增加外部流体的速度。

在一个可能的实施例中，导管的第一下部延伸，形成与多个导管共用的腔室。导管的第二上部也可以延伸，形成与多个导管共用的腔室。

在另一个可能的实施例中，导管在一端密封，或甚至在两端密封。

可选地，装置包括至少两个导管，其中每个导管在两端密封，并且其中每个导管中包含的工作流体具有不同的沸点。

当包含在冷却装置中的导管的数量至少为两个时，每个导管的两端都被密封，导管中包含的工作流体具有不同的沸点。换句话说，工作流体在不同的温度下从液相变为气相并且反之亦然。当要冷却诸如油的主流体时，这尤其相关，如果过度冷却则会失去流动性并且效率较低。使用具有不同沸点的不同工作流体可将主流体保持在其最佳运行范围内。

冷却装置可包括至少一个气密密封部，以确保容器和至少一个导管之间的密封性。这种气密密封部可以是柔性的，使得除了非常快速的组装之外，气密密封部还允许立即调节导管的高度或轴向位移。

导管内的工作流体优选地承受大于大气压的压力。

冷却装置可包括连接到导管的第二部分的多个翅片。翅片可包括导管的上密封部。翅片优选是金属翅片。冷却装置可以包括多个翅片，多个翅片耦接到导管的第一部分，附加地和可替代地多个翅片耦接到导管的第二部分。因此增加了导管的第一部分中的接触表面和热传递。

可选地，导管包括由金属材料制成的端部区段和由柔性及电绝缘材料制成的中间区段。导管可以由柔性或可延展材料制成。例如，导管可以是柔性塑料材料；这提供了两个显著的优点，一方面，塑料是电绝缘材料，其防止待冷却的元件的可能的电泄漏，另一方面，在安装期间为冷却装置提供更大的灵活性；即，例如，因为用于安装装置的空间的尺寸或构造，所以可以将导管放置在不可能放置刚性或非柔性导管的空间中。

附图说明

下面将参考附图更详细地描述本发明，其中：

图1a和1b示出了描绘冷却装置的图，其中可以看到容器，主流体通过该容器循环并且导管延伸到热排放部位。

图2a和2b示出了冷却装置的替代实施例，其中容器本身是待冷却的部件。

图3描绘了带有翅片的导管的端部的细节。

图4a和4b描绘了用于冷却风力涡轮机的不同部件的冷却装置。

图5描绘了可能的实施例，其中布置在风力涡轮机的机舱外侧的管口容纳每个导管的上部。

具体实施方式

本发明的目的是一种用于排放由风力涡轮机的各种部件产生的热的装置。装置包括从容器延伸的一个或多个导管，通过一个或多个导管从待冷却的部件传递热到与外部空气接触的排放部位的主流体循环。所述导管在其中包含工作流体，该工作流体经历相变，将热从一个部位传递到另一个部位。

待冷却的部件(7)没有集中在单个元件中的热部位，因此建议将其集中以便借助于主冷却剂流体(10)排放。该流体可以是，例如：空气、水、水和乙二醇的混合物、油等。在待冷却的部件(7)和容器(2)之间布置有管道(9)，通过管道主流体(10)借助于用于使流体再循环的再循环泵驱动循环。这些管道可以是例如管子、管、液压连接部、空气管道、用于在部件和容器之间连通的开口等。

在图1a(示意性侧视图)和1b(示意性立体图)中所示的本发明的实施例中，待冷却的部件(7)连接到容器(2)，至少一个优选管形导管(3)插入容器中。

工作流体(5)在导管内执行基于相变的热力循环。导管(3)的下部(称为蒸发器)接收待消散的热，液相的流体蒸发并转变成蒸汽。因为所有流体的液态和蒸汽态之间存在密度的差异，所以所述蒸汽向上移动到导管(3)的较高和较冷部分(称为冷凝器)，在那里蒸汽凝结、释放出潜热，并且通过重力再次向下移动到下部。工作流体(5)一遍又一遍地重复该循环，从而获得沿一个从顶部到底部的方向的快速热传递。

容器(2)的尺寸以及导管(3)的尺寸将根据待消散的功率和周围环境条件进行调整。

可选地，如图2a(示意性侧视图)和2b(示意性立体图)所示，容器(2)可以是待冷却的部件(7)本身：机舱本身、变压器的隔室、液压单元的容器，主流体循环通过的管道等。

针对每个应用基于导管的基本参数：材料、厚度、长度等来选择导管(3)。例如，材料可以是铜。

在确定材料和厚度时还必须考虑导管(3)的工作压力，以便不会有可能减少热传递的变形。

在导管(3)的端部处的第一气密密封部(4)确保导管的密封性达到选择的设计条件。例如，可以使用通过压缩、液压密封部，带有环氧树脂的密封部等制成的密封部。

第二气密密封部(8)允许确保容器(2)和导管(3)之间的密封性，以防止主流体(10)的泄漏。例如，可以使用密封垫圈、液压密封部，焊接等。第二气密密封部(8)可以是柔性密封部，使得除了非常快速的组装之外，其还允许立即调节导管(3)的高度或轴向位移。

工作流体(5)可以是冷却剂流体，例如r-134-a或类似物。

图3示出了导管(3)的冷凝器的一部分的可能实施例，其中安装金属翅片(6)是为了使更多的表面可用于导管本身与外部空气之间的热交换的目的。所述翅片(6)可以是例如波纹金属板或平盘，其插入、焊接或嵌入导管本身中，布置为水平、垂直、螺旋等。这些翅片(6)的主要功能是增加相对于空气的被动热传递的表面。替代地，翅片可以构建为单个组件并具有不同的形状。在这种情况下，导管(3)可以抵靠该组件密封，该组件将执行冷凝器的功能。

冷却装置可以包括耦接到导管(3)的第一部分的翅片(6)，附加地和可替代地包括翅片(6)至导管的第二部分的耦接。通过翅片(6)至导管(3)的第一部分的耦接，接触表面和由此的热传递增加。

图4a和4b描绘了应用于风力涡轮机的不同部件的冷却装置。

图4a中的冷却装置的应用对应于图1a的图，其中装置包括与待冷却的部件(7)连接的容器(2)，在这种情况下，该容器是风力涡轮机的倍增器(11)。图4a示出了使用中间容器(2)冷却风力涡轮机的倍增器(11)，管道(3)插入到中间容器中，容器借助于管道(9)连接到机械泵(12)并且连接到倍增器(11)本身的返回入口。泵(12)负责再循环主冷却剂流体(油)。

然而，图4b中所示的应用对应于图2a的图，因为在这种情况下，容器是待冷却的部件(7)本身，在这种情况下，是风力涡轮机的液压单元的容器(15)。图4b示出了使用用于将导管(3)插入其中的液压泵组件的实际容器(15)冷却风力涡轮机的液压单元，从而将热从油排放到外部空气。

图5示出了可能的实施例，其中布置在风力涡轮机的机舱(18)外侧的管口(19)容纳每个导管(3)的上部。在图5中示意性示出的实施例中，每个导管(3)的上部(即导管的冷凝器)从风力涡轮机的机舱(18)的顶部突出。导管的冷凝器容纳在管口(19)中，产生隧道效应，增加外部空气的速度，从而增加系统容量。管口(19)是用于冷却机舱(18)和变压器隔室的良好补充，并且如果导管(3)延伸到机舱的顶部上方，则管口也可用于冷却风力涡轮机的其余部件。该管口(19)利用了这样的事实：当风力涡轮机工作时机舱(18)总是朝向风定向，并且当需要更多冷却时(即当产生更多功率时)，这是由于那里风速更高。